ENGENHARIA DE PRODUÇÃODisc.: Processos de Fabricação II

Prof. Jorge Marques

Aula 7Processos de Conformação Mecânica

Introdução – propriedades plásticas dos metais

Referências:CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica. Vol. IFERREIRA. R. A. S Conformação Plástica: fundamentos metalúrgicos e mecânicos.KIMINAMI, C. V. CASTRO, W. B. OLIVEIRA M. F.

Introdução aos Processos de Fabricação de Produtos MetálicosTelecurso 2000. Processos de Fabricação.

Processo de Conformação Mecânica

Introdução• Por conformação mecânica são produzidas diversas

formas, perfis e peças acabadas• Principais processos de conformação mecânica

– Laminação– Forjamento– Extrusão– Trefilação– Estampagem – conformação de chapas

Processo de Conformação Mecânica

Introdução

Processo de Conformação Mecânica

Introdução

Processo de Conformação Mecânica

Introdução

Processo de Conformação Mecânica

Introdução

Processo de Conformação Mecânica

IntroduçãoA maioria dos metais e suas ligas aceitam conformação mecânica. Uns mais, outros menos.A propriedade mecânica do metal que possibilita a conformação é chamada de plasticidade.

Dútil: diz-se que o metal é dútil quando a propriedade plasticidade é significativa.Frágil: material frágil é aquele cuja deformação plástica é pequena ou desprezível.

Propriedades Mecânicas dos Metais

• Propriedade é uma característica mensurável do material em determinada temperatura e pressão.

• As propriedades mecânicas dos materiais fornecem informações necessárias aos projetos de engenharia e também aos processos de fabricação.

• Algumas propriedades mecânicas de interesse à engenharia são: resistência à tração/compressão (resistência mecânica), dureza, tenacidade, elasticidade, plasticidade.

Propriedades Mecânicas dos Metais

• Processar um metal, ou seja, modificar a sua forma e/ou dimensão, exige a ultrapassagem de ao menos um dos limites de sua propriedade mecânica.

• O processamento de metais por conformação plástica, como o nome diz, deforma permanentemente o material.

• A propriedade diretamente relacionada à deformação é a plasticidade.

• Plasticidade é a capacidade de deformar-se permanentemente.

Propriedades Mecânicas dos Metais• A plasticidade nos diz até onde podemos provocar a

deformação no metal.• Mas outras propriedades precisam ser levadas em

conta, seja para vencer os limites de resistência iniciais, seja para determinar o limite máximo de esforço. Estas propriedades são:– Elasticidade: capacidade de retornar à forma

original após retirada a carga.– Dureza: capacidade de resistir à penetração– Resistência mecânica: capacidade máxima de

resistência à tração, compressão ou cisalhamento.

Propriedades mecânicas dos metais

Nos processos de conformação, estamos particularmente interessados das deformações.• Deformação elástica: o material volta a sua forma

inicial após a retirada da carga. Ela ocorre dentro de limites característicos de cada corpo, chamado de limite de elasticidade.

• Deformação plástica: quando a carga ultrapassa o limite de elasticidade, o metal deforma-se permanentemente, entrando na zona de deformação plástica.

Propriedades mecânicas dos metais

Gráfico tensão x deformação

Propriedades mecânicas dos metais

Gráfico tensão x deformação

Com ponto de escoamento característico Ponto de escoamento não definido

Propriedades mecânicas dos metais

• Deformação plástica– Os processos de conformação mecânica ocorrem

na zona de plasticidade.– A plasticidade dos metais depende

fundamentalmente das suas estruturas cristalinas, que corresponde ao modo como os átomos são organizados

Propriedades mecânicas dos metais

• Deformação plástica

– Não vamos aprofundar no estudo das estruturas cristalinas, mas é importante saber que dependendo da estrutura, há maior ou menor facilidade de haver deslizamentos interratômicos, favorecendo a deformação plástica.

– Alguns metais, como o ferro, mudam de estrutura cristalina em certas temperaturas.

Propriedades mecânicas dos metais

• Deformação plástica– Metais como o alumínio (Al), o Cobre (Cu), o

Estanho (Sn), o Chumbo (Pb) e suas ligas apresentam deformidade plástica elevada.

– Os Aços (ligas Fe-C com até 2% de C e adição ou não de outros elementos) são os mais versáteis industrialmente, quanto às propriedades mecânicas, térmicas e químicas. Quanto maior o teor de carbono, menos plasticidade tem o aço.

Mudanças nas Propriedades mecânicas

• Encruamento– Após sofrer deformação plástica, o metal

endurece, aumenta a resistência à novas deformações e melhora a sua elasticidade. A este fenômeno é dado o nome de encruamento.

– Quanto mais encruado o metal maior a sua dureza, a sua resistência mecânica e o seu limite de elasticidade.

Mudanças nas propriedades mecânicas

• Encruamento– Estruturalmente, o encruamento corresponde a

uma deformação do reticulado cristalino do metal.– Para muitas aplicações, o encruamento é estado

final do metal a ser utilizado.– Mas em outras aplicações, os resultados do

encruamento não são desejados. O processo para devolver ao metal as características originais é executado por meio de aplicação de calor, elevando a temperatura do metal.

Mudanças nas propriedades mecânicas

• Recristalização– O metal encruado (ou tratado termicamente,

temperado) tem sua estrutura cristalina deformada. Com aplicação de certo nível de calor por certo tempo, a estrutura cristalina volta a sua forma estável (de solidificação e resfriamento lento). Este procedimento é chamado de recristalização.

– Assim, na conformação a frio, o metal encrua e para sofrer nova conformação, passa antes por forno de recristalização.

Mudanças nas propriedades mecânicas

Recozimento• Tratamento térmico utilizado para aliviar tensões

internas e reduzir o encruamento; isto é, recozer corresponde a recristalizar o metal, ao mnos parcialmente.

• Metal recozido é aquele que passou pelo tratamento térmico de recozimento depois de sofre algum tipo de encruamento.

Temperaturas de Recristalização (TR) e de Fusão (TF) de alguns metais

METAL TR (°C) TF (°C)Chumbo 15 327Zinco 25 420Alumínio 150 660Cobre 200 1083Ferro 450 1536Níquel 600 1450Tungstênio 1200 3410

Temperaturas médias, relativas a metais comercialmente puros. Nas ligas metálicas, os valores podem variar significativamente.Há também variação de TR de acordo com o nível de encruamento.Na escala Kelvin, TR ≈ 1/3 TF

Fonte: Chiaverini

Trabalhos a Quente e trabalhos a Frio

• A conformação plástica a quente é aquela realaziada acima da temperatura de recristalização.

• Conformação a frio ocorre quanto a conformação acontece abaixo da temperatura de recristalização.

• Chama-se trabalho morno quando a conformação é realizada acima da temperatura ambiente e abaixo da temperatura de recristalização.

Efeito da temperatura na resistência mecânica dos metais

T = TemperaturaSe = Tensão de escoamento.e = alongamento

Efeito da temperatura na resistência mecânica dos metais

• O aumento da temperatura melhora as condições de conformação do metal, possibilitando maiores desbastes. Normalmente o consumo de energia de aquecimento é compensado pela redução de energia na conformação.

• Mas o aumento da temperatura aumenta o índice de oxidação e exige mais dos equipamentos.

• Para trabalhos de acabamento ou quando se deseja maior resistência mecânica, faz-se a conformação a frio.